约翰·霍普金斯医学院的研究人员开发并测试了一种新的成像方法，他们说，这种方法允许研究人员在不同的空间尺度上捕捉血管的图像，从而加快了基于成像的实验室研究。这种被称为“VascuViz”的方法在老鼠组织中进行了测试，包括一种快速凝固的聚合物混合物，可以填充血管，并使其在多种成像技术中可见。研究人员说，这种方法使研究人员能够可视化组织血管系统的结构，结合详细的数学模型或其他组织元素的互补图像，可以阐明血液流动在健康和疾病中的复杂作用。他们说，血管图像的组合不仅应该加强对涉及血液流动异常的疾病的生物学研究，比如癌症和中风，还应该推进我们对全身组织结构和功能的理解。

该报告发表在2月10日的《自然方法》杂志上。

“通常，如果你想收集某个组织血管的数据，并将其与周围环境结合起来，比如那里生长的细胞的结构和类型，你必须多次对该组织进行重新标记，获取多个图像，并将互补信息拼凑起来。”阿尔温德·帕塔克博士说，他是约翰·霍普金斯大学医学院的放射学、生物医学和电气工程教授，也是西德尼·基梅尔综合癌症协会的成员。“这可能是一个昂贵和耗时的过程，有破坏组织结构的风险，妨碍我们以新的方式使用组合信息的能力。”

研究人员使用许多不同的成像方法，如MRI、CT和显微镜来研究血管在实验室中的作用。这些图像对于了解组织如何发展疾病或对治疗作出反应的动态是有用的。然而，在这些图像中整合可用的数据仍然是一个挑战，因为用于使血管在一种成像方法中可见的药剂，可以使其在其他工具中不可见。这限制了研究人员从单个样本中收集的数据量。

VascuViz通过使各种成像工具可以看到最大的动脉到最小的微血管的结构，从而克服了这个问题，这使得研究人员可以用更少的时间和精力对血管和相关组织成分进行多层次的了解。

VascuViz的开发在创建复杂的生物系统(如循环系统)如何工作的计算机可视化方面特别有用，并且是“基于图像”的血管系统生物学日益增长的领域的标志。

“现在，我们可以更精确地估计实际血管中的血流等特征，并将其与细胞密度等补充信息结合起来，而不是使用近似方法。”约翰霍普金斯大学医学院放射学和放射科学系Pathak实验室博士后研究员Akanksha Bhargava博士说。为了做到这一点，基于vascuviz的测量数据被输入到血液流动的计算机模拟中，例如Bhargava研究的癌症模型。

为了创建VascuViz, Bhargava测试了几种现有显像剂的组合，以及它们对不同成像方法的适用性。多次迭代后,她发现一个名叫BriteVu CT造影剂和荧光标记核磁共振成像对比剂称为Galbumin-Rhodamine可以合并创建一个复合,使宏观和微脉管系统同时可见与核磁共振成像时,CT和光学成像技术不受干扰。

随着这种化合物在试管中发挥作用，研究人员随后在各种小鼠组织中进行了测试，将其灌注到乳腺癌模型的血管系统、腿部肌肉、大脑和肾脏组织中。随后，通过MRI、CT和光学显微镜获得的组织图像被结合起来，以创建令人惊叹的血管系统的3D可视化效果，以及构成这些疾病模型和器官系统的相关组件。

由于VascuViz的可负担性和可商用的组件，Pathak和他的团队希望它能被科学家们在全球范围内采用，以帮助研究涉及血管系统的不同疾病。

DOI

10.1038 / s41592 - 021 - 01363 - 5